Für die Umwandlung von Sonnenenergie bot die Oberflächenplasmonresonanz (SPR) die Möglichkeit, die Effizienz zu steigern, indem die Lichtabsorption erweitert, die Lichtstreuung erhöht und Elektronen-Loch-Paare (heiße Ladungsträger) direkt angeregt werden. SPR-Parameter spielen bei plasmonischen Anwendungen eine entscheidende Rolle, während SPR-Eigenschaften sehr empfindlich auf die Strukturparameter plasmonischer Metalle reagieren. Wir haben die Variation der SPR-Parameter (Position, Intensität, Breite und Mode) mit der Höhe und Form von Nanopartikeln demonstriert, die eine Anleitung für den Entwurf plasmonischer metallischer Nanostrukturen für die Umwandlung von Sonnenenergie bieten (ACS Nano 2015, 9, 4583; Adv. Energy Mater. 2015) , 5, 1501654; ACS Nano 2017, 11, 7382; Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2005170).

Wir haben ein Konzept zur Verbesserung der PEC-Wasserspaltung unter Verwendung eines ferroelektrischen Materials mit großer Bandlücke (PZT) und zur Manipulation des Ladungstransfers und -transports in plasmonisch-ferroelektrischen Hybridnanostrukturen vorgestellt (Nature Communications 2016, 7, 10348). Indem wir Au-Nanodot-Arrays mit unseren Templates und PZT-Filmen auf ITO-Substraten abscheiden und die Absorption des Photostroms und der Femtosekunden-Transienten in verschiedenen Konfigurationen untersuchen, zeigen wir eine effektive Mehrfachabstimmung des Ladungstransfers zwischen dem Nanodot-Array und PZT und zeigen, dass der Photostrom dies kann um fast eine Größenordnung abgestimmt werden, was ein vielseitiges und abstimmbares System für die Energiegewinnung demonstriert. Darüber hinaus wird unter Verwendung eines plasmonischen Kopplers aus einem dreidimensionalen Au-Säulen- / Pyramidenstumpf-Array (PTP), der mit einer AAO-Matrize erhalten wurde, eine überlegene optische Absorption innerhalb eines weiten Wellenlängenbereichs anhand einer zusammengesetzten CdS / Au-PTP-Photoanode demonstriert (ACS Nano 2017, 11, 7382).

Durch Einbau von selbstausgerichteten und geometrisch unterschiedlichen Untergruppen von Au-Nanopartikeln in eine Matrix mit Hilfe von mehrporigen anodischen Aluminiumoxidoxid-Templates konstruierten wir vergrößerte NP-Übergitter mit programmierbaren multiplen plasmonischen Resonanzen in einem breiten Wellenlängenbereich (Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2005170). Die plasmonischen Nanopartikel-Übergitter erleichtern die synergistische Kopplung verschiedener Funktionen, die von ihren enthaltenen Nanokomponenten geerbt werden, und verbessern folglich die Photostromantwort in ihren resultierenden photoelektrochemischen Zellen. In der Tat stellen Teilmengen von Nanostrukturen, die auf geniale Weise gebildet wurden und separat untersucht werden können, einen vielversprechenden Ansatz dar, um die nächste Generation komplexer Systeme für verschiedene Anwendungen zu realisieren (Nano Lett. 2018, 18, 4914).